Solarthermie einfach erklärt: Funktion, Aufbau und Kosten

So heizen Sie mit Sonnenenergie Ihr Zuhause effizient, günstig und umweltschonend
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Die Solarthermie gewinnt als erneuerbare Energie in der letzten Zeit immer mehr Aufmerksamkeit. Sie macht der Photovoltaik-Anlage in den Reihen der beliebtesten solaren Heizungsunterstützungen deutlich Konkurrenz. Dabei handelt es sich bei Solarthermie um ein System, das schon seit mehreren Tausend Jahren existiert: Bereits in der Antike hat man Sonnenstrahlung gebündelt, um Wasser zu erhitzen. Eine kurze Erklärung für Solarthermie wäre demnach: die Technologie der Umwandlung von Solarenergie in Wärme.

Doch lohnt sich heizen mit Solarthermie für jeden? Wir erklären Ihnen in diesem Ratgeber genau, was Solarthermie eigentlich ist und wie das System funktioniert. Zudem geben wir Ihnen einen Überblick über die Kosten von Solarthermie und ihre Vor- und Nachteile, damit Sie am Ende wissen, ob Solarthermie für Sie sinnvoll ist.

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Was ist Solarthermie?

Die Definition von Solarthermie besagt: Die Umwandlung von Sonnenenergie durch eine solarthermische Anlage in nutzbare thermische Energie – entweder zum Erwärmen von Trinkwasser oder zum Heizen. Da die Erzeugung von Wärme hier auf völlig natürlicher Basis beruht und durch die Sonnenstrahlung gewonnen werden kann, ist kein Rückgriff auf Wärmestrom nötig, um die Heizung anzukurbeln. Die Sonnenkollektoren saugen die Wärme auf und wandeln diese anschließend zu thermischer Energie um, die genutzt werden kann, um Warmwasser zu produzieren. Die Solarthermie eignet sich für Warmwasser und Heizung. Da braucht es keine große Erklärung, warum Solarthermie schon seit einiger Zeit gerade auf Campingplätzen zum Einsatz kommt. Die Warmwassergewinnung durch Solarenergie sorgt hier für angenehmes Duschen im Outdoorbereich, für das keine künstlich produzierte Wärme, wie durch Gasheizungen oder andere Heizmethoden erforderlich wird. Gerade aufgrund ihres Speichers eignet sich die Solarthermie für eine nachhaltige Nutzung, die problemlos das übliche Heizen in Form eines Moduls unterstützen kann. Als Komplettanlage schafft die Solarthermie es, ebenso viele Bereiche abzudecken und versorgt mit wohltuender Sonnenwärme.

Wie funktioniert Solarthermie?

Grob gesagt, wandelt Solarthermie Sonnenenergie durch eine solarthermische Anlage in nutzbare thermische Energie um, die entweder zum Erwärmen von Trinkwasser oder zum Heizen verwendet werden kann. Die Energie aus der Sonneneinstrahlung wird durch Kollektoren auf dem Dach eingefangen, in den Heizungskeller transportiert und dort für die Warmwasserbereitung oder zum Heizen genutzt.

Um ein besseres Verständnis dafür zu bekommen, wie Solarthermie funktioniert, schauen wir uns zunächst mal den Aufbau einer Solarthermie an.

Der Aufbau einer Solarthermie

Eine Solarthermieanlage besteht aus mehreren Komponenten, die sich sowohl außerhalb des Hauses als auch im Hausinneren befinden. Hauptbestandteile einer solarthermischen Anlage sind Kollektorfläche, Rohrleitungen, Pumpen, ein oder zwei Wärmeübertrager sowie ein Speicher. Außerdem gehören zum System der Solarthermie die Solarflüssigkeit, eine Regelung und eine Zusatzheizung.

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Wie genau alle Komponenten miteinander agieren und sich schließlich zu einem Solarkreis verbinden, erfahren Sie im nächsten Schritt.

Funktionsweise der Kollektoren einer Solarthermie

Um die Funktion einer Solarthermie zu erklären, starten wir mit den Solarplatten, auch Solarkollektoren, die auf dem Dach befestigt werden. Diese Kollektoren werden sowohl in ihrer Funktion als auch in ihrer Optik darauf ausgelegt, Sonnenwärme umzuwandeln und so als solare Heizungsunterstützung zu dienen. Durch die dunkle Farbe der Kollektorfläche gelingt es, die Wärme der Sonne anzuziehen und gleichmäßig aufzunehmen. Diese Sonnenkollektoren fungieren als Wärmeträgermedium: Sie fangen die Sonnenenergie ein und leiten sie anschließend ins Hausinnere weiter.

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Im Gegensatz zu den Solarpanels einer Photovoltaik-Anlage, befindet sich in den Kollektoren der Solaranlage eine Wärmeträgerflüssigkeit, die die Sonnenstrahlung absorbiert. Die erwärmte Flüssigkeit gelangt über einen Rohrkreislauf, der an die Sonnenkollektoren auf dem Dach angeschlossen ist, in einen Wärmespeicher. Um die Effizienz zu steigern und die Wege kurzzuhalten, ist es sinnvoll, den Wärmespeicher der Solarthermie in der Nähe der Zentralheizung des Gebäudes zu platzieren.

Damit die Wärmeenergie nun gespeichert werden kann, findet in besagtem Wärmespeicher eine Art Wärmetausch statt: Kaltwasser aus dem Rohrsystem gelangt in das Innere des Speichers, wo es von der Thermieflüssigkeit erhitzt wird. Die abgekühlte Thermieflüssigkeit fließt dann wieder zu den Kollektoren zurück, um erneut erwärmt zu werden. Dieser Wärmetausch ist einer der wichtigsten Schritte im Solarkreis, denn nur so kann die gespeicherte Wärme und damit auch die Solarthermie als Unterstützung für die Heizung und zur Bereitung von Warmwasser über Solar genutzt werden. Durch eine Pumpe gelangt das Warmwasser vom Wärmespeicher an alle Orte, an denen Wärmebedarf herrscht: von Heizungen über Spül- und Waschmaschinen bis hin zu allen Wasserhähnen zum Waschen, Baden und Duschen.

Flachkollektoren für die Dachfläche

Form und Beschaffenheit der Solarkollektoren gestalten sich in der Regel bei jedem Hersteller ähnlich. Um die Sonne anzuziehen, erhalten sie eine dunkle Farbe und werden möglichst platzsparend auf Ihrem Dach angebracht. Durch das Design der Kollektoren ist die Solarthermie gerade auf einem Flachdach bestens geeignet und kann ohne großen Aufwand einer individuellen Gestaltung angebracht werden. Eine Kollektorfläche von mehreren Quadratmetern lässt sich problemlos bestücken und bietet die Möglichkeit, eine große, einheitliche Quelle zur Warmwasserbereitung und Heizung einzurichten. Die Förderung der Solarwärme macht die Anlage zu einer einzigartigen Möglichkeit, um mit Solarthermie zu heizen, denn sie kann mit recht wenigen Verbindungsteilen problemlos an Ihre übliche Heizung angeschlossen werden. Warmwasser und Wärme lassen sich hier ohne Mehraufwand gemeinsam produzieren, weshalb die Förderung einer Solarthermie eine interessante Alternative zur Photovoltaik-Anlage bildet. Die Flachkollektoren mögen optisch wenig reizend sein, lassen sich aber oftmals geschickt in das Erscheinungsbild integrieren oder sind auf einem Flachdach gar nicht erst zu sehen.

Röhrenkollektoren mit hohem Wirkungsgrad

Vakuumröhrenkollektoren, kurz Röhrenkollektoren, funktionieren ähnlich wie Flachkollektoren, weisen jedoch auch ein paar Unterschiede auf. Beide haben eine ebene Kollektorfläche und sind dunkel, um die Energie der Sonne besser einfangen zu können. Bei Röhrenkollektoren sind es mehrere dunkle Röhren, die die Strahlen absorbieren. In beiden Fällen sind Flüssigkeiten, welche die Wärme durch Rohre zu einem Speicher transportieren. Wurde genug Wärme abgegeben, wird diese wieder zurückgeführt und der Solarkreis beginnt von vorne.

Die Wahl der Kollektoren hängt im Grunde einfach davon ab, wie Ihr Haus ausgestattet ist, wie viel Platz und Geld Sie zur Verfügung haben und wofür Sie die Kollektoren brauchen. Im Vergleich zu Flachkollektoren weisen Röhrenkollektoren einen hohen Wirkungsgrad bis zu 90 % auf, brauchen weniger Platz und sind leichter. Sie erreichen sehr hohe Temperaturen, sind verlässliche Wärmeleiter und können sogar bei starker Witterung Wärme transportieren. Ein Nachteil von Solarthermie mit Röhrenkollektoren wären die Anschaffungskosten: Diese Art von Kollektoren ist teurer und liegt zwischen 600 und 700 Euro. Im Sommer können Röhrenkollektoren überhitzen und sie lassen sich nicht dachintegriert montieren.

Pufferspeicher zur besseren Kontrolle

Er sorgt dafür, dass die Solarthermie auch im Winter unterstützen kann: Der Pufferspeicher dient als Herzstück der Solaranlage und unterstützt sowohl einen reibungslosen Ablauf des Kreislaufs der Energie als auch die Speicherung der Solarwärme. Als Saisonspeicher genutzt, schafft es dieser Teil der Solarthermie die Versorgung mit Wärme und Warmwasser recht flexibel und konstant zu halten. Der Speicher macht die Anlage gerade im Winter zu einer guten Heizungsunterstützung und funktioniert auch dann, wenn die Sonne recht wenig zu sehen ist. Die Solarenergie wird konstant gebündelt, was eine Überbrückung der Zeiträume ermöglicht, in denen Verbrauch und Erzeugung der Wärme im Ungleichgewicht stehen. Die Effizienz der Anlage wird unter anderem durch die richtige Größe des Speichers bestimmt. Der Pufferspeicher fügt die neu gewonnene Wärme der Sonne Stück für Stück der Heizung hinzu und erfüllt so gleich mehrere wichtige Aufgaben im Kreislauf. Aufgrund dieser gezielten Verwendung lässt sich die Solarthermie problemlos als Modul zu verschiedenen Heizungen integrieren.

Der wichtige Vorteil von Solarthermie mit Pufferspeicher ist demnach: das uneingeschränkte Agieren – auch zu Zeitpunkten, an denen die Sonne sich nur mäßig zeigt. Mithilfe des Pufferspeichers kann eine Heizung mit Solarthermie bei richtiger Funktion den Tag über genügend Energie ansammeln, die abends nur noch ausgeschüttet werden muss. Damit wäre auch der Ausfall der normalen Heizung problemlos zu überbrücken.

Das kann die Solarthermie als Komplettanlage

Es lassen sich verschiedene Einsatzmöglichkeiten solarthermischer Anlagen unterscheiden. Grundsätzlich können Sie die Sonnenenergie auf zwei Arten für sich nutzen.

Heizungsunterstützung

In Zeiten erneuerbarer Energie gehen viele Menschen dazu über, ihre übliche Heizung zu erweitern und diese nachhaltiger zu gestalten. Dies sorgt nicht nur für einen geringeren ökologischen Fußabdruck, sondern kann teilweise sogar Kosten einsparen. Die Solarthermie dient als hervorragende Heizungsunterstützung und kann je nach Verbrauch von Wärme 30 % bis 100 % des Bedarfs abdecken. Bedeutend ist bei der verlangten Leistung einer solchen Solarthermieanlage vor allem, ob ein älteres Gebäude beheizt werden soll oder es sich um einen Neubau handelt, der eventuell sogar auf die Zusammenarbeit mit der Sonne ausgelegt wurde. Möchte man einen Neubau mit der Solarthermie unterstützen, kann die Anlage einen Wärmebedarf von bis zu 100 % abdecken. Zudem arbeitet die Anlage nachhaltig und Sie können Kosten für Strom und Heizung einsparen. Bestehende Gebäude mit veraltetem Energiestandard lassen sich hingegen in der Regel nur mit einem Anteil von bis zu 30 % zur eigentlichen Heizung unterstützen. Dennoch liefert die Solaranlage auch hier nützliche Wärme, ohne monatliche Kosten für diese aufwenden zu müssen.

Warmwasserbereitung

Warmwasserbereitung, auch Brauchwasserbereitung, bezeichnet zunächst die Erwärmung von Trinkwasser in einem Wassererwärmer. Ob Trinkwassererwärmung oder Warmwassergewinnung – die Solarthermie ermöglicht unkompliziertes Erhitzen von Wasser zu verschiedenen Zwecken. Die Ursprünge der Anlage reichen bereits einige Jahre zurück, als sie noch als Saisonspeicher von Warmwasser benutzt wurde. Da Solarthermie über einen Speicher verfügt, bietet sie die Chance, den Wasserverbrauch bewusst zu gestalten und die Verwendung des Wassers kontinuierlich nutzen zu können.

Der Hauptbestandteil einer geeigneten Warmwasseraufbereitung der Solaranlage liegt in der optimalen Planung. Die Größe der Solarkollektoren spielt eine entscheidende Rolle, um die Warmwassergewinnung bestmöglich ausschöpfen zu können. Hierbei sollte vor allem das Verhältnis zwischen benötigter Wärme beziehungsweise der Nutzung Ihrer Heizung und der Arbeitsweise des Pufferspeichers der Solarthermie bedacht werden. Die Leistung der Sonnenkollektoren gestaltet sich unterschiedlich und ist nicht nur vom Modell, sondern auch von sämtlichen Bedarfsfaktoren sowie der Anzahl nutzender Personen abhängig.

Vollumfängliche Solarenergie

Als direkter Konkurrent zur Photovoltaik-Anlage hat die Solarthermie sich in den vergangenen Jahren stetig stärker am Markt der Energien integriert. Laut Definition wandelt Solarthermie ähnlich wie ihr Konkurrent Sonnenenergie in sogenannte Solarwärme um und schafft es hiermit, diverse Heizsysteme zu unterstützen oder die Versorgung sogar selbstständig zu übernehmen. Ob zur Warmwasserbereitung oder als Heizung – die Solarthermie wird in der Regel über eine gewisse Anzahl von Sonnenkollektoren gesteuert, die die Wärme der Sonne aufnehmen und anschließend weiterentwickeln. Durch ihre starke Abhängigkeit von der Sonne arbeitet die Solaranlage gerade im Sommer vorteilhaft, schafft es aber über einen Saisonspeicher dennoch, Energie und Wärme planbar für das ganze Jahr zu gestalten. Trotzdem unterliegt auch die Solarthermie Wartungen und weiteren Versorgungsmaßnahmen und muss daher zu bestimmten Zeitpunkten kurzfristig aus der Energieversorgung ausgeplant werden.

Was kostet Solarthermie?

Verbunden mit ihrem hohen Nutzfaktor wirft die Solarthermie auch diverse Kosten auf. Doch was kostet eine Solarthermie eigentlich genau? Kauft man zur Warmwassergewinnung eine übliche Solarthermieanlage, so liegt der Preis der Kollektoren durchschnittlich bei 1.500 Euro. Hinzu kommen Kosten für einen geeigneten Puffer- oder Saisonspeicher. Für einen Haushalt mit zwei Personen kann hier, abhängig der benötigten Speichermenge, mit einem Exemplar für ca. 1.300 Euro gerechnet werden. Zubehör und die Montage der Anlage runden die Anschaffung ab und sollten ebenfalls im Bereich von 1.500 Euro angesetzt werden. So lässt sich festhalten, dass je nach Individualisierung ein Gesamtpreis von 4.000 bis 5.000 Euro fällig werden kann. Abhängig von den genutzten Solarkollektoren und weiteren Faktoren der Solaranlage lässt sich hier jedoch nur ein ungefährer Messwert bestimmen. Möchte man die Solarthermie hingegen zur Heizungsunterstützung nutzen, handelt es sich um eine teurere Solartechnik. Hierfür werden andere Module verbaut, die eine größere Auslastung steuern müssen. Der Gesamtpreis zur Förderung der umweltfreundlichen Sonnenenergie kann hier schnell im Bereich von 9.000 bis 10.000 Euro liegen und bedarf eines großen Speichers, der ganzjährig unterstützen kann. Der hohe Preis kommt zudem durch eine höhere Anzahl benötigter Solarkollektoren zustande.

Fördermöglichkeiten für Solarthermieanlagen

Wenn Sie in eine Solarthermie auf dem Dach investieren, können Sie von staatlichen Förderungen profitieren und bei der Anschaffung Ihrer Anlage wiederum Geld sparen. Erfüllen Sie folgende Voraussetzungen, erhalten Sie vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) bis zu 25 % der förderfähigen Investitionskosten zurück:

  • Bei der Verwendung von Flachkollektoren muss Ihre Anlage mindestens mit 9 m² Kollektorfläche und einem Speicher mit 40 Liter pro m² Kollektorfläche ausgestattet sein.

  • Falls Sie Röhrenkollektoren verwenden, besteht die Mindestvoraussetzung aus 7 m² Kollektorfläche und 50 Liter Speicher pro m² Fläche.

Sie haben sogar Anspruch auf weitere 10 %, wenn Sie eine alte Heizung ersetzen. Die Investition in eine Solarthermieanlage lohnt sich also schon aus mehreren Gründen: Aufgrund der staatlichen Förderung und der enormen Einsparungen der Heizkosten rentiert sie sich bereits nach kurzer Zeit.

Diese Voraussetzungen sind vor dem Kauf einer Solarthermie zu beachten

Um Solarthermie auf dem Dach so effizient wie möglich einsetzen zu können, spielen die Bedingungen vor Ort eine maßgebliche Rolle: Besonders gute Ergebnisse erzielen Sie auf Süddächern mit einer Neigung von 30 bis 40 Grad. Ist Ihr Dach nach Osten oder Westen gerichtet, müssen Sie bei ähnlicher Dachneigung mit bis zu 20 % weniger Ertrag rechnen. Diese etwas ungünstigere Ausrichtung können Sie aber mit einer größeren Kollektorfläche ausgleichen. Ihr Dach sollte zudem groß genug und möglichst unverschattet sein. Der Ertrag Ihrer Solaranlage sinkt, wenn beispielsweise benachbarte Häuser, Berge oder Bäume über einen längeren Zeitraum im Jahr Schatten auf Ihre Dachfläche werfen. Darunter würde die Wirtschaftlichkeit Ihrer Solarthermie leiden und die Einsparungen bei den Energiekosten würde geringer ausfallen. Ein optimaler Aufstellwinkel der Solarthermieanlage wäre erreicht, wenn die Sonnenstrahlen im 90-Grad-Winkel, also senkrecht auf den Solarkollektor treffen.

Solarthermie oder Photovoltaik?

Während Photovoltaik-Anlagen grundsätzlich dazu gedacht sind, Solarstrom zu produzieren, liegt das Hauptaugenmerk der Solarthermie auf der Produktion von Wärme. Beide Solartechniken nutzen die Sonnenstrahlung zur Erzeugung von Energie, zielen aber hierbei auf eine unterschiedliche Nutzung ab. Obgleich Photovoltaik eine gute Förderung des Stroms darstellt, kann eine Anlage mit Solarthermie sogar mehrere Aufgaben im Bereich von Warmwasser und Heizung übernehmen, was eine Photovoltaik-Förderung in Kombination mit der Solartherme besonders attraktiv macht. Beispielhaft verbunden mit einer Erdgasheizung sorgen Solarthermie oder Photovoltaik grundsätzlich für budgetäre Entlastung und können die Rentabilität einer Immobilie an diversen Stellen unterstützen. Die Kombination der beiden Solartechniken hängt allerdings auch stark von den verfügbaren Quadratmetern ab. Photovoltaik-Anlagen bedürfen eines größeren Platzanspruches als die Sonnenkollektoren der Thermie und können somit recht schnell die gesamte Dachfläche beanspruchen. Hat man Zusatzmöglichkeiten, so kann man dennoch auf verschiedene Arten von Hybrid-Kollektoren zurückgreifen, um seine Energie sowohl mit Solarstrom als auch mit Solarwärme so nachhaltig wie möglich zu gestalten.

Die Vor- und Nachteile von Solarthermie auf einen Blick

Alle Vorteile und Nachteile von Solarthermie finden Sie hier im Überblick:

Vorteile von Solarthermie

+ umweltschonend, ohne CO2-Emissionen

+ Staatliche Förderungsmöglichkeiten

+ Heizkosten sparen und große Geldersparnisse

+ lange Lebensdauer von bis zu 30 Jahren

+ Kombinationsmöglichkeit mit anderen Heizungen

+ geringer Wartungsaufwand

+ Deckung des Wärmebedarfs vom Mai bis September

Nachteile von Solarthermie

- Recht hohe Anschaffungskosten

- Wärmeproduktion ist vom Wetter abhängig

- Effizienz ist abhängig von Standort und Gebäude

- Notwendige Umbauten bei der Installation

- keine Mietmöglichkeit

Die Investition in eine Solarthermieanlage soll wohlüberlegt sein, denn Solarthermie hat Vor- und Nachteile. Den recht hohen Anschaffungskosten stehen die Unterstützung der Umwelt mit der Einsparung fossiler Brennstoffe sowie die Reduktion von Heizkosten gegenüber. Eine solarthermische Anlage reicht zwar in den meisten Fällen nicht als alleiniges Heizsystem aus, jedoch ist die Einsparung hoch: Schon eine Anlage mit einer Größe von 1,5 Quadratmeter Flachkollektoren pro Person und einem Speicher mit ca. 300 Litern Inhalt kann durchschnittlich im Jahr 60 % des Warmwasserbedarfs decken. In den Sommermonaten liegt der Anteil sogar bei 100 %. Solarthermie punktet außerdem mit Langlebigkeit, denn sie kann bis zu 30 Jahre lang genutzt werden.

Lohnt sich die Solarthermie?

Genutzt mit Wärmepumpe oder Elektroheizung – Solarthermie lohnt sich definitiv zur Heizungsunterstützung und zeigt sich gerade im Bereich der Warmwassergewinnung als recht kostengünstig. Die Rentabilität einer solchen Anlage sollte vor der Anschaffung allerdings klar abgewogen werden. Sie bietet zwar eine Förderung von nachhaltiger Energie, bedarf aber auch einigen Anschaffungen, die für jede Immobilie individuell betrachtet werden müssen. Der positive Faktor der natürlichen Gewinnung von Sonnenenergie bleibt.

Die Leistung einer Solarthermie sollte eher nicht als eigenständige Heizung angedacht werden, schafft es aber mit Saisonspeicher durchaus über verschiedene Zeiträume hinweg zu überbrücken. Um herauszufinden, wie sinnvoll Solarthermie für Sie ist und um die genaue Rentabilität abzuwägen, sollte die Anlage zuvor einmal vollständig durchgeplant werden. Dies erleichtert die Übersicht des Kosten-Nutzenfaktors und zeigt sämtliche Kosten für Anschaffung und Unterhaltung einer individuellen Gestaltung auf. Erzeugung und Nutzung von Energie bedürfen stets einer sicheren Planung, um auch hier die beste Lösung finden zu können. Solartechniken befinden sich auf dem Vormarsch und entwickeln sich stetig weiter – vollständig reicht die Kraft der Sonne zur Deckung des Energiebedarfs allerdings noch nicht aus.

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